電容濾波電路濾波原理

1、電容濾波電路濾波原理濾波電容容量大，因此一般采用電解電容，在接線時要注意電解電容的正、負(fù)極。電容 濾波電路利用電容的充、放電作用，使輸出電壓趨丁平滑。當(dāng) u2為正半周并且數(shù)值大丁電容兩端電壓 uC 時，二極管 D1 和 D3管導(dǎo)通，D2 和 D4 管截止, 電流一路流經(jīng)負(fù)載電阻 RL,另一路對電容 C 充電。當(dāng) uCu2導(dǎo)致 D1 和 D3 管反向偏置而截止， 電容通過負(fù)載電阻 RL放電，uC 按指數(shù)規(guī)律緩慢下降。(b)碰的波形單相橋式整流電容濾波電路及穩(wěn)態(tài)時的波形分析當(dāng) u2為負(fù)半周幅值變化到恰好大丁 uC 時，D2 和 D4 因加正向電壓變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，u2 再次對 C 充電，uC 上升到

2、u2 的峰值后乂開始下降；下降到一定數(shù)值時 D2 和 D4變?yōu)榻刂梗珻 對 RL 放 電，uC按指數(shù)規(guī)律下降；放電到一定數(shù)值時 D1 和 D3 變?yōu)閷?dǎo)通，重復(fù)上述過程。RL C 對充放電的影響電容充電時間常數(shù)為 rDC,因為二極管的 rD 很小，所以充電時間常數(shù)小，充電速度快；RLC放電時間常數(shù)，因為 RL 較大，放電時間常數(shù)遠(yuǎn)大丁充電時間常數(shù)，因此，濾波效果取決 丁放電時間常數(shù)。200V50Hz(&)電路電容 C 愈大，負(fù)載電阻 RL愈大，濾波后輸出電壓愈平滑，并且其平均值愈大，如下圖。四、電容反應(yīng)式振蕩電路 演于宴蚣1 1訕Ri。不同時uo的波形為了獲得較好的輸出電壓波 形，假設(shè)將

3、電感反應(yīng)式振蕩電路中的 電容換成電感，電感換成電容，并 在轉(zhuǎn)換后將兩個電容的公共端接 地，且增加集電極電阻 Rc,Rc,就可得 到電容反應(yīng)式振蕩電路，如右圖所 示。因為兩個電容的三個端分別接 在晶體管的三個極，故也稱為電容 三點式電路。2.2. 工作原理根據(jù)正弦波振蕩電路的判斷方法，觀察如上圖所示電路，包含了放大電路、 選頻網(wǎng)絡(luò)、反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)和非線性元件晶體管四個局部；放大電路能夠正常工作；斷開反應(yīng)，加頻率為 f f0的輸入電壓，給定其極性，判斷出從 C C2上所獲得的 反應(yīng)電壓極性與輸入電壓相同，故電路弦波振蕩的相位條件，各點瞬時極性如圖 所示。只要電路參數(shù)選擇得當(dāng)，電路就可以滿足幅值條件，而產(chǎn)

4、生正弦波振蕩。3.3. 振蕩頻率及起振條件 振蕩頻率反應(yīng)系數(shù)起振條件4.4. 優(yōu)缺點1.1.電路組成電容反應(yīng)式振蕩電路電容反應(yīng)式振蕩電路電容反應(yīng)式振蕩電路的 輸出電壓波形 好，但假設(shè)用改變電容的方法來調(diào)節(jié)振蕩頻 率，那么會影響電路的反應(yīng)系數(shù)和起振條件； 而假設(shè)用改變電感的方法來調(diào)節(jié)振蕩頻率， 那么 比擬困難。在振蕩頻率可調(diào)范圍不大的情況 下，可采用如右圖所示電路作為選頻網(wǎng)絡(luò)。5.5.穩(wěn)定振蕩頻率的措施假設(shè)要提高電容反應(yīng)式振蕩電路的頻率， 要減小 C Ci、 C C2的電容量和 L L 的電感量。實際上，當(dāng) C Ci和 C C2減小到一定程度時，晶體管的極間電容和電路中的雜散電容 將納入C Ci

5、和 C C2之中，從而影響振蕩頻率。這些電容等效為放大電路的輸入電容 C Ci和輸出電容C C。，改良型電路和等效電器如下列圖所示。由于極間電容受溫度的影 響，雜散電容又難于確定， 為了穩(wěn)定振蕩頻率， 在電感支路串聯(lián)一個小容量電容 C3,C3,而且 C3C3 C1,C1, C3C3 C2,C2,這樣1 1 1 1了1 17 7陌_= 2TTLC一況同幾乎與 C1C1 和 C2C2 無關(guān)，也與 C Ci i和 C C。無關(guān)，所以頻率穩(wěn)定度高。7.1.3 LC正弦波振蕩電路LCLC 正弦波振蕩電路與 RCRC 橋式正弦波振蕩電路的組成原那么在本質(zhì)上是相同 的，只是選頻網(wǎng)絡(luò)采用 LCLC 電路。在

6、LCLC 振蕩電路中，當(dāng) f=ff=fo時，放大電路的放大 倍數(shù)數(shù)值最大，而其余頻率的信號均被衰減到零；引入正反應(yīng)后，使反應(yīng)電壓作 為放大電路的輸入電壓，以維持輸出電壓，從而形成正弦波振蕩。由于 LCLC 正弦 波振蕩電路的振蕩頻率較高，所以放大電路多采用分立元件電路。一、LCLC 諧振回路的頻率特性U+己七+qc3振蕩頻率電容反應(yīng)式振蕩電路的改良電容反應(yīng)式振蕩電路的改良等效電路LCLC 正弦波振蕩電路中的選頻網(wǎng)絡(luò)采用 LCLC 并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，如下圖。圖a a為理想 電路，無損耗，諧振頻率為十_1 1 2好推導(dǎo)過程X -pT T-1 1在信號頻率較低時，電容的容抗二殖 I I 很大，網(wǎng)絡(luò)呈感性；在

7、信號頻率較高時，電感的 CZZCZZ 4545 感抗為二 j j 戒很大，網(wǎng)絡(luò)呈容性；只有當(dāng) f=fof=fo 時， r r網(wǎng)絡(luò)才呈純阻性，且阻抗最大。這時電路產(chǎn)生電-1流諧振，電容的電場能轉(zhuǎn)換成磁場能，而電感的 磁場能又轉(zhuǎn)換成電場能，兩種能量相互轉(zhuǎn)換。實際的 LCLC 并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)總是有損耗的，各種 損耗等效成電阻 R,R,如圖b b所示。電路的導(dǎo)納 為y =+ iR + jsL回路的品質(zhì)因數(shù)州二1匹R RK推導(dǎo)過程上式說明，選頻網(wǎng)絡(luò)的損耗愈小，諧振頻率相同時，電容容量愈小，電感數(shù) 值愈大。當(dāng) f f時，電抗 8 8輔礦艮為我推導(dǎo)過程當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的輸入電流為 I0I0 時，電容和電感的電流約為 QIQ

8、I。=y=y=j戒-根據(jù)式 Z ZR+JL，可得適用于頻率從零到無窮大時 LCLC 并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)電抗的表達(dá)式 Z=1/YZ=1/Y，其頻率特性如下列圖所示。Q Q 值愈大，曲線愈陡，選頻特性 愈好。ftft考慮電路損耗時的網(wǎng)絡(luò)相移原因。對于其余頻率的信號，電 H H r r 壓放大倍數(shù)不但數(shù)值減小，而且有附加相 移。電路具有選頻特性，故稱之為選頻放序R堿大電路。假設(shè)在電路中引入正反應(yīng)，并能用 反應(yīng)電壓取代輸入電壓，那么電路就成為正o_弦波振蕩電路。根據(jù)引入反應(yīng)的方式不 同，LCLC 正弦波振蕩電路分為變壓器反應(yīng)送MEM式、電感反應(yīng)式和電容反應(yīng)式三種電路。三、電感反應(yīng)式振蕩電路- - 1.1. 電路

9、組成為了克服變壓器反應(yīng)式振蕩 電路中變壓器原邊線圈和副邊線 圈耦合不緊密的缺點，可將變壓 器反應(yīng)式振蕩電路的 N N1和 庇合 并為一個線圈，如右圖所示，為 了加強諧振效果，將電容 C C 跨接 在整個線圈兩端，便得到電感反 饋式振蕩電路。2.2. 工作原理假設(shè)以 L LC C 并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)作為共射放大電路 的集電極負(fù)載，如右圖所示，那么電路的電 壓放大倍數(shù)根據(jù) LCLC 并聯(lián)茴壽的頻率特性，當(dāng) f=ff=f0時，電壓放大倍數(shù)的數(shù)值最大，且無附加LCLC并聯(lián)網(wǎng)婚電抗的頻率特性T觀察電路它包含了放大電路、選頻網(wǎng)絡(luò)、反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)和非線性元件晶體管 四個局部，而且放大電路能夠正常工作。用瞬時極性法判斷電路是

10、否滿足正弦波振蕩的相位條件：斷開反應(yīng)，加頻 率為f f0的輸入電壓，給定其極性，判斷出從 N N2上獲得的反應(yīng)電壓極性與輸入電壓 相同，故電路滿足正弦波振蕩的相位條件，各點瞬時極性如上圖所示。只要電路參數(shù)選擇得當(dāng)，電路就可滿足幅值條件，而產(chǎn)生正弦波振蕩。如下列圖所示為電感反應(yīng)式振蕩電路的交流通路，原邊線圈的三個端分別接在 晶體管的三個極，故稱電感反應(yīng)式振蕩電路為 電感三點式電路。電感戾饋式振蕩電路的交流通路電感戾饋式振蕩電路的交流通路3.3.振蕩頻率及起振條件振蕩頻率A A ftft- _+ + Z.Z. + +反應(yīng)系數(shù)+ M起振條件j5-r4.4. 優(yōu)缺點電感反應(yīng)式振蕩電路中 應(yīng)與 N Ni

11、之間耦合緊密，振幅大，易起振；當(dāng) C C 采用 可變電容時，可以獲得調(diào)節(jié)范圍較寬的振蕩頻率，最高振蕩頻率可達(dá)幾十MHzMHz。由于反應(yīng)電壓取白電感，對高頻信號具有較大的電抗，反應(yīng)信號中含有較多的高 次諧波分量，輸出電壓波形不好。濾波電容用在電源整流電路中，用來濾除交流成分。使輸出的直流更平滑。去耦電容用在放大電路中不需要交流的地方，用來消除自激，使放大器穩(wěn)定工作 旁路電容用在有電阻連接時，接在電阻兩端使交流信號順利通過。1.關(guān)丁去耦電容蓄能作用的理解1 去耦電容主要是去除高頻如 RF信號的干擾，干擾的進(jìn)入方式是通過電磁輻射。而實際上，芯片附近的電容還有蓄能的作用，這是第二位的。你可以把總電源看

12、作密云水庫，我們大樓內(nèi)的家家戶戶都需要供水，這時候，水不是直接來自丁水庫，那樣距離太遠(yuǎn)了，等水過來，我們已經(jīng)渴的不行了。實際水是來自丁大樓頂上的水塔，水塔其實是一個 buffer的作用。如果微觀來看，高頻器件在工作的時候，其電流是不連續(xù)的，而且頻率很高，而器件 VCCHU 總電源有一段距離，即便距離不長，在頻率很高的情況下，阻抗 Z= i*wL+R,線路的電感影響也會非常大，會導(dǎo)致器件在需要電流的時候，不能被及時供應(yīng)。而去耦電容可以彌補此缺乏。這也是為什么很多電路板在高頻器件 VCCI 腳處放置小電容的原因之一在 vcc引腳上通常并聯(lián)一個去藕電容，這樣交流分量就從這個電容接地。2 有源器件在開

13、關(guān)時產(chǎn)生的高頻開關(guān)噪聲將沿著電源線傳播。去耦電容的主要功能就是提供一個局部的直流電源給有源器件，以減少開關(guān)噪聲在板上的傳播和將噪聲引導(dǎo)到地2.旁路電容和去耦電容的區(qū)別去耦：去除在器件切換時從局頻器件進(jìn)入到配電網(wǎng)絡(luò)中的RF能量。去耦電容還可以為器件供局部化的 DC 電壓源，它在減少跨板浪涌電流方面特別有用。旁路：從元件或電纜中轉(zhuǎn)移出不想要的共模RF能量。這主要是通過產(chǎn)生 AC 旁路消除無意的能量進(jìn)入敏感的局部，另外還可以提供基帶濾波功能帶寬受限。我們經(jīng)?？梢钥吹剑陔娫春偷刂g連接著去耦電容，它有三個方面的作用：一是作為本集 成電路的蓄能電容；二是濾除該器件產(chǎn)生的高頻噪聲,切斷其通過供電回路進(jìn)行

14、傳播的通路； 三是防止電源攜帶的噪聲對電路構(gòu)成干擾。在電子電路中,去耦電容和旁路電容都是起到抗干擾的作用，電容所處的位置不同，稱呼就不一樣了。對丁同一個電路來說，旁路bypass電容是把輸入信號中的高頻噪聲作為 濾除對象，把前級攜帶的高頻雜波濾除，而去耦decoupling 電容也稱退耦電容，是把 輸 出信號的干擾作為濾除對象。高頻旁路電容一般比擬小，根據(jù)諧振頻率一般是 0.1u , 0.01u 等，而去耦合電容一般比擬大， 是 10u或者更大，依據(jù)電路中分布參數(shù)，以及驅(qū)動電流的變化大小來確定。數(shù)字電路中典型的去耦電容值是 0.1 F。這個電容的分布電感的典型值是 5 H。0.1 F 的 去耦

15、電容有5 H 的分布電感，它的并行共振頻率大約在 7MH4 右，也就是說，對丁 10MHz 以下的噪聲有較好的去耦效果，對 40MH 彼上的噪聲幾乎不起作用。1 F、10 F 的電容， 并行共振頻率在 20MHz上，去除高頻噪聲的效果要好一些。 每 10 片左右集成電路要加一片 充放電電容，或 1個蓄能電容，可選 10 F 左右。最好不用電解電容，電解電容是兩層薄膜 卷起來的，這種卷起來的結(jié)構(gòu)在高頻時表現(xiàn)為電感。要使用鑰電容或聚碳酸酯電容。去耦電 容的選用并不嚴(yán)格，可按 C=T7F，即 10MH 四0.1 F, 100MH 四 0.01 F。補充：電容器選用及使用考前須知：1, 一般在低頻耦合或旁路，電氣特性要求較低時，可選用紙介、滌綸電容器；在高頻高壓電 路中，應(yīng)選用云母電容器或瓷介電容器；在電源濾波和退耦電